Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ô tô chế tạo tại việt nam đến đường xá

DANH Mục các ký hiệu và chữ viết tắt D m Khoảng cách tâm hai trục liền kề MS Kg Khối lượng được treo m1 Kg Khối lượng được treo trước cabin m2 Kg Khối lượng được treo sau thùng xe sFd

***************************

TRẦN HÙNG ANH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA DAO ĐỘNG Ô

TÔ CHẾ TẠO TẠI VIỆT NAM ĐẾN ĐƯỜNG XÁ

Chuyên ngành: Ô tô

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LƯU VĂN TUẤN

Chương 1: Tổng quan Error! Bookmark not defined

1.1 Những vấn đề chung Error! Bookmark not defined

1.1.1 Một số loại xe có tải trọng lớn ở Việt NamError! Bookmark not defined 1.1.2 Các hệ thống treo thông dụng trên xe tải có tải trọng lớnError! Bookmark no

1.1.3 Lốp dùng trên ô tô 9

1.1.4 Mạng đường ô tô tại Việt Nam 10

1.2 Tình hình nghiên cứu dao động ô tô trên thế giớiError! Bookmark not defined

1.2.1 Chỉ tiêu đánh giá dao động Error! Bookmark not defined

1.2.2 Mô hình dao động Error! Bookmark not defined.19

1.2.3 Nguồn kích thích gây dao động Error! Bookmark not defined.3

1.2.4 Thí nghiệm về dao động ô tô Error! Bookmark not defined

1.3 Tình hình nghiên cứu dao động ở Việt NamError! Bookmark not defined

1.3.1 Phân tích chọn mục tiêu, đối tượng và phương pháp nghiên cứuError! Bookma

Kết luận chương 1 Error! Bookmark not defined

Chương 2: CƠ sở lý thuyết xây dựng mô hình dao

động

2.1 Lực động giữa bánh xe và mặt đường Error! Bookmark not defined

2.2 Các chỉ tiêu đánh giá ảnh hưởng của lực độngError! Bookmark not defined

2.2.1 ảnh hưởng đến độ bền chi tiết ô tô Error! Bookmark not defined

2.2.2 ảnh hưởng đến an toàn chuyển động Error! Bookmark not defined

2.2.3 ảnh hưởng đến sức chịu tải của đường Error! Bookmark not defined

2.2.4 ảnh hưởng đến không gian bố trí hệ thống treoError! Bookmark not defined.

2.5 Phương pháp lập hệ phương trình Error! Bookmark not defined

2.6 Yếu tố phi tuyến trong các mô hình dao độngError! Bookmark not defined

2.6.1 Chọn phương pháp mô tả yếu tố phi tuyếnError! Bookmark not defined 2.6.2 Mô hình hệ treo Error! Bookmark not defined

2.7 Mô hình phần tử bánh xe Error! Bookmark not defined

2.8 Kết hợp mô hình hệ treo và bánh xe Error! Bookmark not defined

2.9 Chọn phương pháp giải Error! Bookmark not defined

Kết luận chương 2 Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 3: XÂY dựng mô hình dao độngError! Bookmark not defined 3.1 Xây dựng mô hình động lực học ô tô Error! Bookmark not defined

3.1.1 Khái quát chung Error! Bookmark not defined

3.1.2 Phân tích cấu trúc Error! Bookmark not defined

3.1.3 Xây dựng mô hình vật lý Error! Bookmark not defined

3.1.4 Xây dựng mô hình toán học Error! Bookmark not defined

3.1.5 Xác định mối quan hệ động học Error! Bookmark not defined

3.2 ứng dụng mô hình dao động khảo sát dao động của xe tải 3.25 tấnError! Book

3.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến lực động giữa bánh xe và mặt đườngError! Bookma

3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số kết cấu đến lực động

dưới tác động của biên dạng đường ngẫu nhiênError! Bookmark not defined 3.2.3 ảnh hưởng của kết cấu xe đến hệ số tải trọng động lực học DLCError! Bookm

Kết luận chương 3 Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 4: ứng dụng chương trình mô phỏng dao

động để tính bền cho khung xe 7Error! Bookmark not defined

4.1 Phương pháp phần tử hữu hạn (PTHH)7Error! Bookmark not defined

4.2.2 X©y dùng m« h×nh PTHH cña khung vá xe t¶i 3,25 tÊn sö dông cho

ch−¬ng tr×nh ANSYS Workbench Error! Bookmark not defined

4.3 KÕt qu¶ kh¶o s¸t tÝnh to¸n bÒn khung xeError! Bookmark not defined KÕt luËn ch−¬ng 4 Error! Bookmark not defined KÕt luËn Error! Bookmark not defined

Tµi liÖu tham kh¶o Error! Bookmark not defined

DANH Mục các ký hiệu và chữ viết tắt

D m Khoảng cách tâm hai trục liền kề

MS Kg Khối lượng được treo

m1 Kg Khối lượng được treo trước (cabin)

m2 Kg Khối lượng được treo sau (thùng xe)

sFd N Sai lệch bình phương trung bình của lực động

DLC Hệ số tải trọng động lực học (Dynamic Load

fdn m Độ võng động trên của hệ thống treo

fdt m Độ võng động dưới của hệ treo

R(τ) Hàm tương quan

σ m độ lệch chuẩn

ρ(τ) Hàm tương quan chuẩn

ISy kg.m2 Mômen quán tính khối lượng phần treo đối với trục

ngang y đi qua trọng tâm

ISx1 kg.m2 Mômen quán tính khối lượng được treo trước đối với

trục dọc x đi qua trọng tâm

ISx2 kg.m2 Mômen quán tính khối lượng được treo sau đối với trục

dọc x đi qua trọng tâm

MK Nm/rad Mô men xoắn dọc trục

Z1 m Chuyển vị thẳng đứng của khối lượng được treo trước

Z2 m Chuyển vị thẳng đứng của khối lượng được treo sau

ϕSy rad Chuyển vị góc của MS quanh trục Oy

ϕSx1/ϕSx2 rad Chuyển vị góc của khối lượng được treo trước/sau quanh

2d2 m Khoảng cách hai nhíp sau

2dp1 m Khoảng cách giữa hai tâm lốp trước

2dp2 m Khoảng cách giữa hai tâm lốp sau

GG m Khoảng cách từ trọng tâm của khối lượng được treo

chung đến tâm lắc

q1L,q1R m Biên dạng đường ở trục trước bên trái và phải

q2L,q2R m Biên dạng đường ở trục sau bên trái và phải

ξ1 m Chuyển vị theo phương thẳng đứng của khối lượng

không được treo trước

ξ2 m Chuyển vị theo phương thẳng đứng của khối lượng

không được treo sau

ξ1L, ξ1R m Chuyển vị theo phương thẳng đứng của khối lượng

không được treo trước bên trái (L) và bên phải (R)

ξ2L, ξ2R m Chuyển vị theo phương thẳng đứng của khối lượng

không được treo sau bên trái (L) và bên phải (R)

ϕυ1, ϕυ2 rad Góc lắc trục trước,sau theo phương Ox

Ft N Là lực thẳng đứng của bánh xe tác dụng lên hệ thống

treo và xuống mặt đường

FC N Lực đàn hồi của lốp

FK N Lực giảm chấn của lốp

FtR,L N Lực bánh xe bên phải và bên trái tác dụng lên hệ thống

treo và xuống mặt đường

s1R,L

Z N Độ dịch chuyển của điểm liên kết với khối lượng được

treo trước bên phải và bên trái

s2R,L

Z N Độ dịch chuyển của điểm liên kết với khối lượng được

treo sau bên phải và bên trái

sL

F ,FsR N Lực của hệ thống treo bên trái và bên phải

FxL, FxR N Thành phần lực dọc tác dụng lên khối lượng được treo

bên trái và bên phải

lời nói Đầu

Ô tô là phương tiện vận tải có vai trò hết sức quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, vì nó có những ưu điểm đặc biệt hơn hẳn các loại phương tiện vận tải khác: thông dụng, đơn giản, dễ sử dụng và có tính cơ động cao được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực dân sự cũng như quốc phòng Cùng với

sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, nền công nghiệp ô tô trên thế giới phát triển ngày càng cao, đã cho ra đời nhiều loại xe ô tô hiện đại phục vụ cho nhu cầu và mục đích sử dụng của con người Việc thiết kế các hệ thống, các cụm chi tiết trên ôtô, cũng như đánh giá chất lượng làm việc của chúng ngày càng được quan tâm nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng của ôtô Khi ô tô ngày càng hoàn thiện, xã hội ngày càng phát triển về mặt văn hóa kinh tế và xã hội thì các tiêu chí đánh giá ảnh hưởng của dao động cũng cần phải được xem xét một cách nghiêm túc Đối với xe tải nói riêng, ngoài yêu cầu về độ êm dịu, ngày nay người ta buộc phải chú ý đến các tiêu chí khác: an toàn hàng hóa, ảnh hưởng của tải trọng động của bánh xe đến đường, và mức

độ giảm tải trọng dẫn đến làm giảm khả năng truyền lực khi tăng tốc và khi phanh Việc nghiên cứu xác định lực động phát sinh giữa bánh xe và mặt

đường của ô tô tải trong điều kiện sử dụng ở Việt Nam có ý nghĩa quan trọng

và cấp thiết không chỉ với độ bền của các chi tiết ô tô mà còn với tuổi thọ của cầu đường bộ

Để làm được điều đó cần xây dựng được mô hình dao động phù hợp với xe tải

và phù hợp với các tiêu chí đánh giá

Hiện nay phương pháp mô phỏng số đang được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu các cơ hệ đặc biệt là hệ dao động của ô tô Cùng với sự phát triển của máy tính, quá trình mô phỏng đã thể hiện được tính ưu việt của nó, đặc biệt là có thể mô tả được cả các hệ phi tuyến cũng như các quá trình vật lý phức tạp

Trong thời gian vừa qua có nhiều tác giả trong và ngoài nước đã đề cập đến vấn đề nghiên cứu dao động của ô tô, tuy nhiên do tính phức tạp của vấn đề này, phần lớn tác giả đã phải sử dụng giả thiết đơn giản hoá để chuyển hệ dao

động thực tế về hệ dao động tuyến tính hoặc phi tuyến yếu

Trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đã có rất nhiều phần mềm tính toán với khả năng ứng dụng cao Thực tế đã cho thấy Matlab - Simulink là một trong những phần mềm có khả năng ứng dụng rất cao trong việc giải các bài toán kỹ thuật bằng các tính năng chuyên biệt như: lập trình, xử lý số và đồ hoạ để mô phỏng, phân tích một hệ thống động

Từ những phân tích trên tôi đã lựa chọn đề tài: “ Nghiên cứu ảnh hưởng của

dao động ô tô chế tạo tại Việt Nam đến đường xá”

Quá trình thực hiện luận văn gặp nhiều khó khăn do trình độ hiểu biết còn hạn chế, nhưng được sự hướng dẫn tận tình của các thầy trong Bộ môn ô tô và Xe chuyên dụng, viện Cơ khí Động lực Đại học Bách Khoa Hà Nội và đặc biệt là thầy PGS.TS Lưu Văn Tuấn, tôi đã hoàn thành luận văn này

Chương 1: Tổng quan

Ngày nay, tại Việt Nam số lượng ô tô nhập khẩu cũng như lắp ráp, sản xuất trong nước là rất đa dạng về mẫu mã và chủng loại Với trình độ công nghệ ngày càng cao, ô tô ngày càng chạy nhanh hơn, tiện nghi hơn, số lượng ngày càng nhiều, và các xe tải ngày càng có khối lượng lớn hơn Chính sự phát triển

đó là nguyên nhân dẫn đến những áp lực mới cho xã hội như tai nạn giao thông, tình trạng phá hủy đường sá ngày càng nghiêm trọng Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ô tô chế tạo tại Việt Nam nhằm nâng cao an toàn chuyển

động và giảm ảnh hưởng xấu của dao động với môi trường là một vấn đề cấp thiết, chính vì vậy ngoài những tiêu chuẩn chung của thế giới, cần phải có những quy định riêng phù hợp với điều kiện khai thác tại Việt Nam

Ô tô là liên kết của một hệ nhiều vật, các khối lượng đó liên kết với nhau bằng các phần tử có đặc tính phi tuyến phức tạp, có mối liên hệ chặt chẽ với đường

có biên dạng phức tạp Dao động của ô tô không những ảnh hưởng đến con người (lái xe và hành khách), hàng hóa chuyên chở, độ bền của các cụm tổng thành, ảnh hưởng tới độ an toàn chuyển động của ô tô mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của đường Đặc biệt trong quá trình chuyển động, sự kích

động động học của mấp mô bề mặt đường làm cho ô tô dao động, khi ô tô dao

động sẽ phát sinh tải trọng động tác dụng lên hệ thống chịu tải của xe (khung, vỏ), các chi tiết, cơ cấu tổng thành…làm ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của chúng

Các nghiên cứu thiết kế cầu đường thường được dựa trên cơ sở tải trọng tĩnh của ô tô Nếu xác định được tải trọng động tác dụng lên cầu đường có thể đưa

ra các quy định hợp lý về tốc độ, tải trọng nhằm nâng cao tuổi thọ cho đường

1.1 Những vấn đề chung

1.1.1 Một số loại xe có tải trọng lớn ở Việt Nam

Theo số liệu thống kê của cục đăng kiểm Việt Nam, số lượng ô tô tải nhập vào Việt Nam trong những năm gần đây là rất lớn, với tổng số gần 150.000 gồm nhiều chủng loại và mẫu mã khác nhau, do nhiều nước sản xuất như: Hyundai, Asia, Daewoo, Man, Mercedes, Hino, Mitsubishi, Maz, Kamaz…

Còn theo thống kê của Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA) đã cho thấy sự tăng trưởng khá mạnh mẽ của thị trường xe tải Trong tháng 11/2007, các thành viên hiệp hội đã tiêu thụ 4583 xe tải, pick-up và van, so với tháng 10/2007 tăng tới hơn 1000 xe Tháng 10 các doanh nghiệp tiêu thụ

được 3404 xe tải, bán tải Năm 2007, tiêu thụ xe tải khoảng 30.000 xe và dự tính năm 2008 sẽ còn tiếp tục tăng, với tốc độ tăng trưởng kinh tế như hiện nay thì thị trường xe tải sẽ có mức tăng trưởng thấp nhất cũng là 20% trong nhiều năm tới

§Æc biÖt víi « t« cã t¶i träng lín, t¶i träng cho phÐp kh«ng nhá h¬n 5 tÊn ®ang

sö dông t¹i ViÖt Nam chñ yÕu nhËp khÈu tõ n−íc ngoµi vµ sè Ýt s¶n xuÊt l¾p r¸p trong n−íc, ®iÓn h×nh lµ liªn doanh « t« Hino Motor ViÖt Nam, sè l−îng tiªu thô rÊt lín

N¨m

2002 2003 2004 2005 2006 2007

Tæng

2548 7146 8159 6555 5834 4853 35095

B¶ng 1.2: Sè l−îng xe cã t¶i träng lín nhËp vµo ViÖt Nam

theo c¸c n¨m (Nguån: Thèng kª cña Bé GTVT)

¤ t« nhËp vµo ViÖt Nam ®a d¹ng vÒ chñng lo¹i:

* Đoàn xe:

Ô tô đầu kéo, chủ yếu được nhập khẩu từ Hàn Quốc và Mỹ

Sơ mi rơ mooc, chủ yếu dùng để chở container tiểu chuẩn, loại 20 feets và 40 feets nhập khẩu từ Trung Quốc và một số cơ sở sản xuất trong nước Do những nguyên nhân khách quan nên thường nhập các cụm tổng thành chính như: cầu, chân chống, hệ thống điện, phần còn lại thì chế tạo và lắp ráp trong nước

1.1.2 Các hệ thống treo thông dụng trên xe tải có tải trọng lớn

Hệ thống treo thông dụng trên xe tải chủ yếu là hệ thống treo phụ thuộc có phần tử đàn hồi bằng nhíp hoặc khí nén, tuy nhiên hệ thống treo loại nhíp phổ biến hơn vì kết cấu đơn giản và khả năng chịu tải cũng như độ bền cao

+ Hệ thống treo đơn được bố trí chủ yếu là trên các trục dẫn hướng

+ Hệ thống treo kép là hệ thống treo có hai trục và ba trục

+ Phần tử đàn hồi loại nhíp là dầm chịu uốn gồm một hoặc nhiều lá nhíp, năng lượng dao động tiêu hao một phần do ma sát giữa các lá nhíp

+ Phần tử đàn hồi loại khí, độ cứng thay đổi phi tuyến, không bị tiêu hao năng lượng do ma sát gây ra, cho phép giảm khối lượng không được treo

+ Hệ thống treo kiểu dầm hai trục nối với nhau bằng dầm cứng thường được

sử dụng cho các trục dẫn hướng

+ Hệ thống treo kiểu cân bằng sử dụng phổ biến cho các nhóm trục phía sau,

ưu điểm phân tải đều ra các trục, dịch chuyển của trục cân bằng bằng nửa dịch chuyển của bánh xe

+ Hệ thống treo kiểu dầm khớp thay đổi từ hệ treo cân bằng hai phần tử đàn hồi cao su thay cho bộ nhíp, tạo ra lực cản dao động

1.1.3 Lốp dùng trên ô tô

Lốp trên ô tô có tác dụng thu nhận, giảm bớt các va đập nhỏ khi xe chạy trên

đường không bằng phẳng nhờ áp suất hơi và đàn hồi của lốp Ngày nay kết cấu của lốp đã có nhiều thay đổi với các tính năng mới được cải thiện, nâng

cao chất lượng của lốp Cấu trúc, vật liệu và độ cứng của lốp ảnh hưởng đến

khả năng bám đường, tính êm dịu và tải trọng tác dụng xuống đường

Về kết cấu, xương mành bằng vải sợi bông được thay thế bằng sợi nhân tạo

hoặc sợi kim loại đan chéo kiểu lốp Bias, loại đan sợi hướng tâm kiểu lốp Radial Mặt tiếp xúc với nền (hoa lốp) trên xe tải trọng lớn sử dụng loại rãnh

lớn và thô áp suất hơi trong lốp cho phép 0,5 – 0,75 N/mm2

1.1.4 Mạng đường ô tô tại Việt Nam

Theo TCVN 4054, cấp đường được phân loại theo chức năng quy định trong

bảng sau, dùng cho quản lý khai thác và sửa chữa đường:

Chức năng chủ yếu của đường

IV Cấp 60 và 40 60 và 40 2 Đường nối các trung tâm kinh

tế, văn hóa chính trị của địa phương với nhau và với đường trục ô tô hay đường cao tốc

V Cấp 40 và 20 40 và 20 2 hoặc 1 Đường nối các khu dân cư

Bảng 1.4: Các cấp quản lý của đường ô tô

Cấp kỹ thuật Tốc độ tính toán Vtt, km/h Lưu lượng thiết kế tối thiểu,

Xác định các cấp kỹ thuật của đường căn cứ vào chức năng của mỗi con

đường, địa hình của vùng đặt tuyến và lưu lượng xe thiết kế Bảng dưới trình bày phạm vi tốc độ của xe phụ thuộc từng loại đường

Địa hình Chức năng của đường

Đồng bằng Đồi núi Núi

Đường nối các trung tâm kinh tế văn hóa

chính trị lớn

Đường nối các trung tâm kinh tế, văn hóa

chính trị của địa phương với nhau và với

đường trục ô tô hay đường cao tốc

Đường nối các khu dân cư

Bảng 1.6: Bảng lựa chọn cấp kỹ thuật theo chức năng và địa hình của đường

Phân biệt địa hình dựa trên cơ sở độ dốc ngang phổ biến như sau: vùng đồng bằng < 10%, vùng đồi từ 10% - 25%, vùng rừng núi > 25%

Cũng theo các số liệu thống kê của bộ giao thông vận tải, đến năm 2000 Việt Nam có khoảng 20981 km đường bộ, mật độ phân bổ trung bình của hệ thống

đường bộ trên toàn lãnh thổ tính trên dân số khoảng 0.8 km/1000 dân, thấp hơn so với một số nước trong khu vực (Thái Lan: 1.03 km/1000 dân, Trung Quốc 0.94 km/1000 dân) Tỷ lệ đường rải mặt của Việt Nam đạt 29,6% (không tính đường xã và đường chuyên dụng), ở mức thấp so với các nước trong khu vực (trên thế giới con số này còn lớn hơn 50%) Hiện nay, nhiều nước Châu á đã có đường bộ cao tốc như: Singapore, Malaysia, Hàn Quốc, Trung Quốc, trong số đó tỷ lệ chiều dài đường cao tốc so với chiều dài toàn mạng đường bộ tương đối cao: Singapore 4,4%, Hàn Quốc 2,5%, trong khi Việt Nam vẫn chưa có đường cao tốc Mặt đường bêtông xi măng và mặt

đường bêtông nhựa chiếm 9,37% tổng số chiều dài đường bộ, mặt đường đá dăm thấm nhập nhựa chiếm 6,4%, mặt đường trải đá, cấp phối và đường đất

chiếm trên 80% Từ năm 2000, ngành xây dựng công trình phát triển mạnh đã cải tạo nâng cấp và xây dựng mới được nhiều tuyến đường như QL1, đường

Hồ Chí Minh, đường xuyên á…tuy nhiên chất lượng mặt đường không cao Ngoài một số tuyến đường mới được xây dựng, nhìn chung chất lượng mặt

đường chưa cao, không được duy trì, bảo dưỡng và nâng cấp, việc sửa chữa cải tạo không đồng bộ, tiêu chuẩn kỹ thuật thấp

Tỷ lệ mặt đường trải nhựa còn thấp (15,5% cho toàn bộ hệ thống; 59,5% với

1.2 Tình hình nghiên cứu dao động ô tô trên thế giới

Việc nghiên cứu dao động ôtô bắt đầu rất sớm, ngay cả khi ôtô còn rất đơn giản Một số tác giả kinh điển có thể kể đến là Mitschke, Schiehlen Lần đầu tiên vào năm 1970 Mitschke đã tập trung vào tác phẩm nổi tiếng "Dynamik der Kraftfahrzeuge" tập hợp tất cả các công trình nghiên cứu trước đó, bao gồm 200 trích dẫn Nội dung chính trong quyển B là dao động xe con, mô hình là mô hình 1/4 và được xem xét ở các yếu tố kết cấu có ảnh hưởng đến dao động và tối ưu hệ treo Sau đó, tác giả đề cập chỉ tiêu đánh giá dao động

ôtô, cách tiếp cận mang tính cổ điển Những năm sau này, 1980, Schiehlen trình bày phương pháp hệ nhiều vật, môđun hóa các hệ cơ học theo xu thế

nghiên cứu dao động bằng phương pháp mô phỏng Ngoài ra, máy tính cũng phát triển và các thuộc tính của cụm như hệ treo, bánh xe cũng được nghiên cứu sâu hơn tuy nhiên các nghiên cứu đó vẫn tập trung chủ yếu vào xe con Ngày nay trên thế giới các nghiên cứu về dao động của ô tô đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể Dao động ô tô được nghiên cứu trong tổng thể hệ thống “

Đường-Xe-Người ” Để nghiên cứu riêng biệt và tổng thể mối quan hệ vừa nêu, các hãng sản xuất ô tô và các cơ quan chuyên môn hàng đầu trên thế giới

đã thiết lập các phòng thí nghiệm, xây dựng các bãi thử để nghiên cứu dao

động của ô tô, trong đó có kể đến biên dạng thực tế của mặt đường và khả năng của con người chịu tác động của dao động

Hướng chung của nghiên cứu hệ thống tổng thể “Đường-Xe-Người” được chia thành 3 hướng:

- Nghiên cứu về biên dạng mặt đường (nguồn gây ra dao động)

- Nghiên cứu hệ dao động ô tô (hệ thống treo )

- Nghiên cứu cảm giác của con người và sự an toàn hàng hoá chuyên chở

Thường được tiến hành bằng thực nghiệm kết hợp với xử lý bằng lý thuyết, tác giả P.B.Pomehseps đã đưa ra đặc tính thống kê của biên dạng mặt đường đồng thời đưa ra các giải pháp và công thức tính toán phân tích dao động của xe bằng phương pháp xác định và phân tích phổ cho các loại đường

b Nghiên cứu dao động của ô tô:

Là cần thiết với mục đích hoàn thiện kết cấu hệ thống treo, nhằm mục đích cải thiện độ êm dịu chuyển động, chất lượng keo, tính kinh tế, tính dẫn hướng và

độ ổn định chuyển động, độ bền và độ tin cậy của ô tô đặc biệt đối với xe hiện

đại là một việc không thể thiếu được Vì vậy nghiên cứu dao động của ô tô là xác lập mối quan hệ dao động của ô tô với chỉ tiêu chất lượng khai thác ở trên Nghiên cứu dao động của ô tô được tiến hành bằng nhiều phương pháp khác nhau được trình bày cụ thể trong các công trình khoa học của tác giả nổi tiếng

của Nga: H.H.Iasenko theo những mục đích và khía cạnh khác nhau Nhưng

đều chung một bài toán cơ bản là khi nghiên cứu dao động của ô tô là làm rõ

ảnh hưởng của sự thay đổi các thông số của hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động của cơ hệ dao động Trên cơ sở như vậy kết hợp với số liệu thử nghiệm và các số liệu sử dụng tiến hành chuyển bài toán phân tích sang bài toán tối ưu các thông số của hệ ô tô dao động đang khảo sát

Tóm lại, khi nghiên cứu dao động của ô tô các tác giả đã tập trung xác định các thông số hợp lý của hệ thống, tạo cơ sở cho việc thiết kế hoàn thiện các phần tử của hệ thống treo bao gồm các bộ phận chính là:

hệ thống treo bán tích cực

Trong ô tô là việc khó khăn hơn việc xác định an toàn cho hàng hoá chuyên chở Trong một số sách tham khảo, nhiều tác giả đã đề cập đề cập đến vấn đề khi đi ô tô con người sẽ cảm thấy mệt mỏi nhất là thần kinh Vì vậy cần thiết nghiên cứu sự mệt mỏi về thể xác, các chỉ tiêu đánh giá cho từng nhóm người theo từng độ tuỏi khác nhau Ngoài ra còn phải nghiên cứu sự phản ứng của các cơ quan, bộ phận trên cơ thể con người liên quan đến việc điều khiển xe,

từ đó tạo cơ sở cho công việc tuyển chọn lái xe ô tô

Hiện nay người ta tập trung vào hai hướng nghiên cứu con người: lái xe điều khiển ô tô trên đường và hành khách chịu dao động Cả hai hướng này ngày càng được quan tâm nghiên cứu và hoàn thiện hơn

1.2.1 Chỉ tiêu đánh giá dao động

Lực động bánh xe và gia tốc thẳng đứng là đối tượng để xác định các chỉ tiêu

Bảng 1.7: Quy định chỉ tiêu đánh giá dao động

Căn cứ vào điều kiện khai thác có hai giá trị giới hạn lựa chọn: giới hạn cảnh báo và giới hạn can thiệp

Nếu đối tượng nghiên cứu là xe du lịch, xe khách, chỉ tiêu đánh giá là độ êm dịu

Đối với xe có tải trọng lớn, ngoài chỉ tiêu về tải trọng động tác dụng lên chi tiết ô tô và an toàn chuyển động, một chỉ tiêu rất quan trọng khác là khả năng chịu tải của đường

Khi ô tô chuyển động trên đường dao động xuất hiện trong toàn bộ hệ thống của xe dưới tác động kích thích của các mấp mô biên dạng đường Dao động của ô tô ảnh hưởng đến bản thân người lái và hành khách, hàng hoá chuyên chở trên xe, độ bền, tuổi thọ của các kết cấu ô tô Nghĩa là trong quá trình chuyển động ô tô luôn bị dao động, với thời gian kéo dài sẽ gây ra mệt mỏi với người lái và hành khách, làm giảm hiệu suất công việc, có thể gây ra nguy cơ mắc bệnh thần kinh và não dẫn đến mất phản ứng linh hoạt và điều khiển chính xác gây ra tai nạn giao thông

Vì vậy khi nói đến dao động của ô tô theo quan điểm của chế độ sử dụng thì:

độ êm dịu chuyển động của ô tô có thể hiểu là tập hợp các tính chất đảm bảo hạn chế các tác động của dao động có ảnh hưởng xấu tới con người, hàng hoá

và các kết cấu của ô tô

Theo quan điểm về an toàn chuyển động thì dao động của ô tô gây ra sự thay

đổi giá trị phản lực pháp tuyến giữa bề mặt tiếp xúc của bánh xe với mặt

đường Nếu giá trị phản lực pháp tuyến giảm so với trường hợp tải trọng tĩnh thì sẽ làm giảm khả năng tiếp nhận các lực dọc, ngang ( lực kéo, lực phanh, lực bám ngang), dẫn đến hiện tượng tách bánh khỏi đường gây mất an toàn khi xe chuyển động, phanh và quay vòng còn khi giá trị phản lực này tăng thì sẽ làm tăng tải trọng động tác dụng xuống nền đường và ngược lại với các kết cấu của xe

Từ các khái niệm trên để có thể đánh giá chất lượng xe một cách khách quan, chính xác cần phải nghiên cứu và phát triển lý thuyết dao động trong tất cả lĩnh vực liên quan Nghiên cứu tổng quát về dao động xe đó là giải quyết mối quan hệ “Đường-Xe-Người”

Hình 1.2: Hệ thống “Đường-Xe-Người”

Quá trình nghiên cứu dao động của ô tô là quá trình xác định các thông số của

hệ thống treo, tạo cơ sở cho việc thiết kế các phần tử của chúng: phần tử đàn hồi, phần tử giảm chấn và bộ phận dẫn hướng Có như vậy mới tạo ra một hệ dao động có chất lượng tốt, các kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao trình

độ công nghệ thiết kế, cải tiến ô tô, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng và năng suất vận chuyển của ô tô trong nền kinh tế quốc dân

Các tính chất dao động của ô tô thường được đánh giá theo 2 quan điểm:

- Đánh giá theo quan điểm về độ êm dịu chuyển động mà thông số gia tốc dao động có tính chất quyết định vì nó tác dụng lên lái xe và hành khách

- Theo quan điểm về độ an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền thì giá trị tải trọng động giữa bánh xe và nền đường là thông số mang tính chất quyết định

a- Chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động

Để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô, các nước có nền công nghiệp ô tô phát triển hàng đầu trên thế giới đã đưa đưa ra các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu khác nhau.Dựa vào các công trình nghiên cứu của nước ngoài và các tài liệu của viện khoa học kĩ thuật bảo hộ lao động Việt Nam, đưa ra một số chỉ tiêu đặc trưng cho độ êm dịu chuyển động của ô tô như sau:

+ Chỉ tiêu về tần số

Con người khi tham gia vào giao thông cũng là một hệ dao động, “đi lại” là hoạt động thường xuyên của con người đã trở thành một thói quen Khi con người đi lại tương đương với hệ thực hiện dao động, tuỳ thuộc vào hình dáng, trọng lượng riêng, thói quen từng người mà số lần bước trong một phút thường trong khoảng 60-90 bước, tương ứng với tần số dao động khoảng 1-1,5Hz Vậy nên từ thói quen đó con người chịu dao động hợp lý trong khoảng tần số vừa nêu trên Khi đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô với các điều kiện mặt đường cũng như kết cấu cụ thể thì tần số dao động của ô tô phải nằm trong giới hạn 1-1,5 Hz, thường lấy chuẩn để đánh giá dao động của ô tô như sau:

- Đối với xe con (du lịch) n = 60 : 90 (dđ/ph)

- Đối với xe vận tải n = 100 : 120 (dđ/ph)

+ Chỉ tiêu về gia tốc dao động

Chỉ tiêu này được xác định dựa trên cơ sở trị số bình phương trung bình của gia tốc theo các phương X, Y, Z là: X,Y,Z&&&&&& Chúng có các giá trị sau:

X<1.0& (m/s2); Y<0.7& (m/s2); Z<2.5& (m/s2);

Các số liệu trên có thể xem là gần đúng để đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô, bởi vì nó dựa trên cơ sở số liệu thống kê Mặt khác, điều quan trọng hơn là dao động ô tô truyền cho con người thực chất là tác động ngẫu nhiên với dải tần số rộng và phức tạp cả theo hướng tác dụng Ngoài ra theo một số tài liệu tham khảo các tác giả còn đưa ra một số chỉ tiêu khác đánh giá độ êm dịu chuyển động của ô tô

b Chỉ tiêu về an toàn chuyển động và tải trọng tác dụng xuống nền đường

Theo quan điểm về an toàn chuyển động (xét theo khía cạnh về tính điều khiển) và tải trọng tác dụng xuống nền đường thì trị số lực tác dụng thẳng

đứng giữa bánh xe với đường cũng là thông số quan trọng để đánh giá Lực

động Fd (t) xác định phức tạp hơn vì nó phụ thuộc vào tính chất dao động của

ô tô, vận tốc chuyển động và độ mấp mô biên dạng đường

Theo quan điểm về tải trọng tác dụng xuống nền đường thì sẽ dựa vào trị số lớn nhất của tải trọng bánh xe, nghĩa là tương ứng với giá trị dương của Fd (t)

để đánh giá, nếu Fd (t) càng lớn thì sự ảnh hưởng do lực tác động tới lốp xe và các bộ phận chi tiết của xe và nền đường càng bị tác động xấu nhiều hơn Mặt khác để giảm sự ảnh hưởng của Fd (t) thì trong trường hợp giảm tải trọng bánh

xe so với giá trị tải trọng tĩnh, nghĩa là làm giảm khả năng tiếp nhận lực tiếp tuyến (nhất là khi phanh) và lực ngang (quan trọng khi quay vòng) Trong trường hợp đặc biệt bánh xe bị nảy khỏi mặt đường khi đó lực tác dụng từ

đường lên bánh xe sẽ bằng 0 và ô tô sẽ mất tính điều khiển Để đánh giá tính chất dao động của ô tô theo quan điểm về an toàn chuyển động cần xác định tỉ

số giữa lực động Fd (t) và tải trọng tĩnh của bánh xe là : Rt

K , với giá trị d

t

FK=

R (1.1)

Khảo sát dao động của ô tô người ta quan tâm đến sự bám của lốp với mặt

đường, nhằm đảm bảo dao động của ô tô thoả mãn các chỉ tiêu về độ êm dịu nhưng bánh xe vẫn phải bám đường, nếu không đạt 2 chỉ tiêu đó sẽ dẫn đến làm mất tính ổn định khi điều khiển xe, làm tăng tiêu hao nhiên liệu

Giá trị gần đúng của lực tác dụng xuống nền đường có thể xác định như sau:

F d ≈C L(ξ ư (1.2) q)Trong đó: C L: độ cứng của lốp

ξ : chuyển dịch của bánh xe theo phương thẳng đứng

q : chiều cao mấp mô biên dạng đường

Có thể xác định giá trị ξtdmax- là giá trị cực đại của chuyển dịch tương đối của bánh xe với đường theo biểu thức: ξtdmax =Max( ξ ưq) (1.3) Giá trị ξtdmaxcũng có thể làm cơ sở đánh giá khả năng bám của lốp với đường

1.2.2 Mô hình dao động

Ôtô thuộc hệ cơ học nhiều vật, dao động với dải tần số thấp không vượt quá 50Hz Việc lập và chọn mô hình dao động phải theo 3 tiêu chí sau:

- Mục tiêu nghiên cứu

- Cấu trúc riêng của đối tượng nghiên cứu

- Khả năng tính toán và phương tiện tính toán

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kĩ thuật khả năng tính toán hầu như không bị hạn chế (có nhiều phần mềm mạnh hỗ trợ tính toán), nên khi chọn và lập mô hình thường căn cứ vào mục tiêu, đặc điểm kết cấu của đối tượng

Về mục tiêu nghiên cứu có thể bao hàm các vấn đề sau:

1 Nghiên cứu tối ưu hệ treo, kể cả hệ treo tích cực Đối với mục tiêu này chỉ nghiên cứu mô hình 1/4 là đủ

2 Nghiên cứu về dao động liên kết, thường dùng mô hình phẳng, mô hình phẳng cũng còn dùng để nghiên cứu ảnh hưởng của đường

3 Nghiên cứu sự trượt và lật dưới tác động của ngoại lực như đường mấp mô, gió bên nên thưòng sử dụng mô hình 1/2

Sau đây là một số mô hình cơ bản được trình bày trong nhiều tài liệu của các tác giả nổi tiếng

Mô hình 1/4 bao gồm hai khối lượng được treo M (thay thế cho khối lượng thân xe) và không được treo mU (thay thế cho khối lượng bánh xe, cầu xe và các thành phần liên kết) Phần treo và không được treo liên kết với nhau thông qua các phần tử đàn hồi của treo và giảm chấn, có độ cứng là C, hệ số cản giảm chấn K, xem hình dưới

Hình 1.3: Mô hình 1 / 4

Để có thể chuyển mô hình vật lý thành mô hình động lực học hệ dao động ô tô, cần phải có một số giả thiết nhằm đơn giản cho việc tính toán nhưng vẫn

đảm bảo tính đúng đắn của kết quả Quá trình nghiên cứu trong mô hình 1/4 chỉ xét dao động của một trong bốn bánh xe, dao động của hệ là nhỏ, tuyến tính, xung quanh vị trí cân bằng tĩnh, bánh xe lăn không trượt và luôn tiếp xúc với đường

Mô hình 1/4 có thể dùng để chọn tối ưu các thông số như độ cứng lốp, khối

ξ

K C

K C

q

lượng không được treo m, độ cứng C và hệ số cản giảm chấn K theo các hàm mục tiêu vừa nêu trên

Trong quá trình nghiên cứu các hệ số C và K có thể được mô tả phi tuyến: ( )n

C= ξ ưf z ; ( )n

K= ξ ưf & & (1.4) zViệc này có ý nghĩa trong bài toán điều khiển hệ treo

Mô hình động lực học này biểu thị dao động liên kết ô tô 2 cầu ở dạng mô hình phẳng, có nghĩa là ô tô được giả thiết đối xứng qua trục dọc của xe và xem độ mấp mô của biên dạng đường ở dưới bánh xe trái và phải là như nhau Khối lượng treo được qui dẫn về trọng tâm phần treo biểu thị qua giá trị khối lượng M (đại diện cho khối lượng được treo là thân xe) và m1, m2( đại diện cho khối lượng không được treo là cầu xe) với 4 bậc tự do là Z,ϕ, ξ1,ξ2

K

CL1 L1

K C

Mô hình không gian xe con đ−ợc Kortum/ Lugner đ−a ra nh− trong hình 1.6

Xe con có khối l−ợng bé, nh−ng lại có yếu tố phi tuyến hình học và vật lý lớn nên không thể bỏ qua khi lập mô hình Đặc điểm kết cấu là vỏ chịu lực, treo

độc lập có yếu tố phi tuyến hình học cao Với mô hình không gian thì coi khối l−ợng đ−ợc treo nh− một tấm phẳng cứng tuyệt đối Nghiên cứu xe nhiều cầu

có kết cấu vỏ chịu lực cũng sử dụng mô hình này

K C

K C K

C

K C

Hình 1.6: Mô hình không gian xe con

1.2.3 Nguồn kích thích gây dao động

Độ mấp mô mặt đường là nguồn kích thích chính gây ra dao động Mấp mô biên dạng mặt đường có thể mô tả như sau:

+ Mô tả bằng hàm xác định:

- Mấp mô đơn (xung): các xung đơn vị

- Mấp mô có quy luật điều hòa: hàm sin

+ Mô tả bằng các hàm ngẫu nhiên: đánh giá qua các đặc trưng thống kê: giá trị trung bình, bình phương trung bình, hàm tương quan, hàm mật độ phổ

khi làm thí nghiệm trên đường, tuy nhiên thí nghiệm trên đường đa dạng và sát với thực tế hơn

1.3 Tình hình nghiên cứu dao động ở Việt Nam

Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đang trong quá trình hình thành và phát triển dần trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn hàng đầu của đất nước Những năm vừa qua Ô tô Việt Nam không ngừng vươn lên đạt được những thành tựu mới để có thể hội nhập với khu vực và thế giới Nhưng về lĩnh vực nghiên cứu dao động ô tô thì vẫn còn ở mức chưa tập trung, một số công trình nghiên cứu mà phần nhiều là các luận án tiến sỹ, thạc sỹ và tốt nghiệp đại học

Luận án tiến sỹ của tác giả Võ Văn Hường [4] “Nghiên cứu hoàn thiện mô

hình khảo sát dao động ôtô tải nhiều cầu” Tác giả đã nghiên cứu sâu về lập

mô hình dao động không gian cho xe tải có yếu tố dao động ngang, khung xoắn chịu lực, thanh ổn định, có hệ thống treo có đặc tính phi tuyến, hàm kích

động riêng rẽ và tổng hợp Mô hình có thể nghiên cứu các dao động ở vùng cận biên như tách bánh xe, quá trình va chạm vấu hạn chế treo, trượt và lật

Luận án tiến sỹ của tác giả Lưu Văn Tuấn [6] “Nghiên cứu dao động xe ca Ba

Đình, trên cơ sở đó để tính các biện pháp nâng cao độ êm dịu chuyển động”

đã đề ra mục tiêu nâng cao độ êm dịu cho xe khách Ba Đình đóng trên cơ sở IFA; trong luận văn này tác giả đã chú ý mô tả thuộc tính đàn hồi giữa khung

và vỏ là kết cấu đặc trưng của xe ca: xe ca có kết cấu khung - vỏ chịu lực

Luận án của tác giả Nguyễn Phúc Hiểu [9] "Nghiên cứu ảnh hưởng của dao

động lên khung xương ôtô khi chuyển động trên đường" Tác giả chú trọng

nghiên cứu ảnh hưởng của đường và xác định các hàm ngoại lực cho bài toán tính khung - xương

Luận án tiến sỹ của tác giả Nguyễn Văn Trà “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống

treo bán tích cực ở sơ đồ 1 /4 để nâng cao độ êm dịu chuyển động của ô tô”

Tác giả đã sử dụng lý thuyết điều khiển, thay đổi thông số hệ thống treo nhằm nâng cao độ êm dịu chuyển động cho ô tô

Luận án tiến sỹ của tác giả Trần Minh Sơn “Nghiên cứu khả năng chịu tải của

khung xương xe ca tự đóng dưới tác dụng tải trọng mặt đường ngẫu nhiên ở Việt Nam”, nghiên cứu độ bền khung vỏ khi xe chuyển động trên đường mấp

mô bằng phương pháp phần tử hữu hạn

Tác giả Trịnh Minh Hoàng [10] trong luận văn cao học đã trình bày một mô hình dao động xe tải hai cầu (không gian) và mô phỏng bằng MatLab Simulink 5.3 Phần mô hình và tính toán khá hoàn chỉnh, đã trình bày một phần dao động dưới kích động ngẫu nhiên của mặt đường

Đặc biệt, trong giáo trình “Dao động ô tô” tác giả Vũ Đức Lập đã trình bày

khá đầy đủ các mô hình dao động, phương pháp nghiên cứu, là cơ sở cho nhiều nghiên cứu về dao động sau này

Nhận xét về một số kết quả nghiên cứu dao động ô tô của Việt Nam:

Ngành ô tô Việt Nam vẫn còn non trẻ, số công trình về nghiên cứu dao động ở Việt Nam còn quá ít, nên để đưa ra một đánh giá hoàn chỉnh là rất khó khăn Tuy nhiên, những hạn chế trong các luận án của tác giả Việt Nam cũng không vượt ra ngoài những hạn chế về nghiên cứu dao động của các tác giả trên thế giới Những hạn chế này đều có tính lịch sử, do bị hạn chế về phương pháp tính, sự phát triển của đối tượng và do mục tiêu nghiên cứu đề ra

1.3.1 Phân tích chọn mục tiêu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu

a) Mục tiêu nghiên cứu dao động

Mục tiêu của quá trình nghiên cứu dao động không chỉ dừng lại ở việc nâng cao độ êm dịu, nâng cao tuổi thọ chi tiết mà còn có các chỉ tiêu quan trọng không kém khác là đảm bảo khả năng truyền lực, dao động không gây tổn hại

đến cầu và đường, nhất là dao động xe tải

Xét theo phương thằng đứng, nhiều tác giả chú ý đến dao động của khối lượng

được treo, ít chú ý đến mô tả dao động của khối lượng không được treo (cầu xe), là yếu tố ảnh hưởng quyết định đến độ bền chi tiết, an toàn động lực học

và mức độ phá đường Sơ đồ sau đây chỉ ra mục tiêu và đối tượng có thể can

thiệp để đạt được các chỉ tiêu về dao động

Ngoại lực

Hình 1.7: Mối quan hệ dao động để chọn hàm mục tiêu

Xét cấu trúc theo phương thẳng đứng có thể thấy khối lượng không được treo dao động tương đối giữa đường và khối lượng được treo Do vậy nhiều khi mục tiêu về êm dịu đối lập với mục tiêu về tải trọng động, hay là mục tiêu

động lực học của khối lượng được treo đối lập với động lực học bánh xe, vì thế khi thiết kế sẽ chú ý đến yếu tố này: độ cứng treo ở hành trình nén khác với độ cứng ở hành trình trả, độ cản của giảm chấn ở hành trình nén khác độ cứng ở hành trình trả, vấu hạn chế đặt ở hành trình nén mà không đặt ở hành trình trả Những yếu tố này trước đây nhiều tác giả đã bỏ qua, coi độ cứng treo và hệ số cản giảm chấn là hằng số và không mô tả sự va chạm giữa khối lượng được treo và khối lượng không được treo, muốn mô hình dao động ngày càng hoàn thiện và sát với thực tế hơn không nên bỏ qua các yếu tố kể trên trong quá trình mô phỏng dao động

Động lực học đường

Độ êm dịu

An toàn hàng hóa Không gian HT

Độ bền chi tiết

An toàn động lực học

Mức độ ảnh hưởng đến cầu và đường

Khi nghiên cứu mức độ thân thiện của hệ treo ô tô với cầu và đường, không thể chỉ xét một bánh xe mà còn phải xét ảnh hưởng tổng thể Như vậy, xây dựng một mô hình dao động không gian là nhu cầu thực tế Khi nghiên cứu dao động không gian phải xét đến yếu tố ảnh hưởng của dao động phương dọc

và phương ngang Một số tác giả đã coi khối lượng được treo là đồng nhất như một tấm phẳng, theo đó các khối lượng không được treo gắn với nó qua hệ treo, có thể là treo độc lập, cũng có thể là treo phụ thuộc, tấm phẳng đó là cứng tuyệt đối, không chịu uốn và không chịu xoắn Mô hình đó phù hợp với

xe con, xe tăng, xe bọc thép, có kết cấu vỏ chịu lực

Xe tải là đối tượng ít được nghiên cứu hơn, mức độ cạnh tranh có thể không bằng so với thị trường xe du lịch Về cấu tạo, xe tải có hai khối lượng được treo riêng biệt đặt trên hai dầm dài, dầm dài có thể chịu cứng về chịu uốn nhưng không cứng khi chịu xoắn Khái niệm dưới rất quan trọng khi phân tích lập mô hình:

- Vỏ chịu lực hay khung chịu lực

- Treo độc lập hay treo phụ thuộc

Từ đó có thể có ba loại cấu trúc và ba loại mô hình:

- Vỏ chịu lực + treo độc lập ( xe con hiện đại, xe tăng, xe bọc thép)

- Vỏ chịu lực + treo phụ thuộc ( ở một số xe con cũ, treo sau phụ thuộc)

- Khung chịu lực + treo phụ thuộc

- Khung chịu lực + treo cân bằng

Như vậy số cầu không có nhiều ý nghĩa trong việc phân tích cấu trúc

Xe tải có kích cỡ khác nhau, tải trọng khác nhau, khung chịu lực nhưng có thể

có hai kiểu treo Như vậy không thể thiết lập được một mô hình dao động chung cho xe tải Quá trình nghiên cứu và phát triển mô hình dao động xe tải bao hàm hai lý do sau:

- Mục tiêu nghiên cứu dao động xe tải thiên về giảm thiểu tải trọng động, ít ảnh hưởng đến cầu và đường, nâng cao an toàn động lực học

- Mô tả gần thực hơn dao động xe tải: có hai khối lượng được treo,

khung chịu xoắn, va chạm trong hệ treo và va chạm bánh xe với đường Hai lý do nêu trên có mối liên hệ mật thiết với nhau

b) Đối tượng nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu được chọn là xe tải hai cầu, treo phụ thuộc Vì mục

đích đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng dao động của ô tô đến đường xá, nên cần thiết phải lập mô hình nghiên cứu dao động cho xe tải Sử dụng phần mềm Matlab – Simulink để mô phỏng quá trình dao động Cũng do mục tiêu của đề tài nên cần thiết phải xác định hệ số tải trọng động lực học DLC để đánh giá chỉ tiêu tải trọng động, hơn nữa kết quả này còn cho phép khảo sát ảnh hưởng của một số thông số kết cấu đến hệ số tải trọng động lực học DLC Kết quả nghiên cứu dao động, cụ thể là tính lực động của xe tải khi đi trên đường, cho phép mở rộng nghiên cứu mô hình tính toán bền khung xe, sử dụng kết hợp phần mềm Ansys Workbench

1.3.2 Tính cấp thiết của đề tài

Tình hình nghiên cứu thiết kế ô tô ở Việt Nam nói chung cũng như việc nghiên cứu dao động nói riêng vẫn còn gặp nhiều khó khăn và những hạn chế nhất định, có thể ở Việt Nam chưa có áp lực của sự cạnh tranh, và do đó chưa

có những đặt hàng đích thực cho việc nghiên cứu dao động

Tuy nhiên, nếu Việt Nam muốn có những xe cho riêng mình thì buộc phải nghiên cứu một cách cơ bản quá trình thiết kế hệ thống chứ không phải chỉ thiết kế cụm như hiện nay

Vì thế, xây dựng một mô hình dao động tổng quát sẽ là cần thiết ở khâu thiết

kế mẫu Hiện nay các chuyên gia về cầu đường sử dụng phản lực tĩnh của ô tô lên cầu và đường để nghiên cứu mô hình cầu và đường, nếu mô hình dao động

ô tô được xây dựng hoàn hảo thì có thể xác định được các tải trọng động tác dụng lên cầu và đường đúng đắn hơn Các tải trọng động đó là thông số đầu vào của mô hình cầu và đường, nó cho phép xác định thông số đầu ra của mô

hình cầu và đường chính xác hơn Từ đó, cho phép xác định phân luồng giao thông trên cầu ( khoảng cách và tốc độ các xe) nhằm giảm sự quá tải và tăng tuổi thọ cho cầu

Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động ô tô chế tạo tại Việt Nam đến đường xá

có ý nghĩa quan trọng và cấp thiết không chỉ với độ bền của các chi tiết ô tô

mà còn với tuổi thọ của cầu đường bộ

Kết luận chương 1:

Chương tổng quan đã phân tích các chỉ tiêu đánh giá dao động ô tô, đối với xe tải, ngoài độ êm dịu, quyết định bởi thân xe còn có chỉ tiêu liên quan đến tải trọng động đánh giá ảnh hưởng đến độ bền, khả năng truyền lực và ảnh hưởng của dao động đến cầu và đường, những yếu tố đó có liên quan trực tiếp đến dao động của cầu xe

Phần tổng quan cũng đã đưa ra một số mô hình dao động khác nhau, trong đó

có một số hạn chế về mô tả các yếu tố phi tuyến như va chạm và tách bánh,

đặc biệt là mô hình không gian không mô tả được cấu trúc xe tải là khung chịu lực, hai khối lượng được treo

Chương 2: CƠ sở lý thuyết xây dựng mô hình dao động

Trong quá trình chuyển động, nếu ô tô đi qua những đoạn đường ghồ ghề, không bằng phẳng, sẽ sinh ra dao động của các khối lượng được treo và không

được treo, sinh ra lực động giữa bánh xe và mặt đường

Phản lực thẳng đứng từ mặt đường lên bánh xe là một trong những thành phần lực chính tác dụng lên hệ thống, tổng thành và chi tiết ô tô Đây là dạng lực

động và phụ thuộc vào điều kiện khai thác như mấp mô mặt đường, tốc độ chuyển động, kết cấu của hệ thống treo, lốp…

2.1 Lực động giữa bánh xe và mặt đường

Lực động giữa bánh xe và mặt đường được sinh ra trong quá trình chuyển

động của xe, nó bao gồm các thành phần:

Lực tương tác (theo phương thẳng đứng) giữa bánh xe và mặt đường Fz(t) thay

đổi, dao động xung quanh giá trị trung bình Fz Theo quy luật thống kê, Fz

bằng lực thẳng đứng tĩnh trên bánh xe của mỗi trục, Fz = Fz(t)

F : giá trị lực tĩnh của bánh xe

Giá trị lực động ở trục thứ i (i=1, 2) được xác định theo công thức:

d

F (t)=C (q (t)- (t))+K (q (t)- (t))ξ & ξ& (2.2)

Hình 2.1: Lực thẳng đứng giữa bánh xe và mặt đường

Trong đó: CLi: độ cứng của hệ thống treo trên cầu thứ i

KLi: hệ số cản giảm chấn của hệ thống treo trên cầu thứ i

qi(t): độ mấp mô mặt đường ở vết bánh xe cầu thứ i

lực động đến độ bền chi tiết trên ô tô 1 max( d)

z

F k

F

= + (2.6) Theo [5] với kích động là hàm ngẫu nhiên thì giá trị lực động lớn nhất max(Fd)=3.σFd

Trong chỉ tiêu an toàn, thời gian tách bánh hoặc là tần số tách bánh cần được quan tâm đúng mức

2.2.3 ảnh hưởng đến sức chịu tải của đường

Tác giả Sweatman trong bài báo viết về nghiên cứu ảnh hưởng lực động của bánh xe tác dụng lên hệ thống treo đối với xe trọng tải lớn đã sử dụng hàm lũy thừa 4 để đưa ra chỉ số áp lực độngυ

Giá trị DLC = 0.03 ữ 0.3, giá trị υ = 1.11 ữ 1.46, với kích thích của mặt

đường là hàm ngẫu nhiên và phụ thuộc vào kết cấu của hệ thống treo

Đánh giá mức độ quan trọng của lực động bánh xe thường xuyên xuất hiện, tác giả Sweatman đưa ra “ Chỉ số áp lực với các giá trị lực thường xuyên xuất

hiện”, ký hiệu φ95 và 4

95 (1 1,645S )

Φ = + (2.10) Thông thường giá trị φ95 nằm trong khoảng 2.21 ữ 4.37

Tác giả Eisenmann đưa ra khái niệm “hệ số áp lực đường”, ký hiệu Φ Nếu lực động phân bố theo luật phân bố Gauss thì:

Trong đó: ηΙ là hệ số phụ thuộc kiểu bánh xe đơn, kép

ηΙΙ hệ số phụ thuộc áp lực tiếp xúc

Các giá trị ηΙ, ηΙΙ xem như các hệ số thêm, bớt phụ thuộc vào đánh giá của từng nhóm nghiên cứu

Để đánh giá hư hại của đường do lực động bánh xe gây nên, tác giả Cebon trong cuốn “ Sổ tay viết về sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa xe và đường” đưa ra tiêu chuẩn hợp lực bánh xe tại các điểm dọc theo vết của bánh xe Hợp lực

n

K

A với lũy thừa

bậc n tại vị trí k bất kỳ được biểu diễn theo:

Phương trình mà Cebon sử dụng trên dùng để so sánh khả năng phá hủy

đường của các loại phương tiện

Với trục đơn giá trị hợp lực mang lũy thừa 4 của 95% lực động bánh xe, ký hiệu j, xác định gần đúng theo công thức:

F

t z

1,64.4s

F (2.12)

2.2.4 ảnh hưởng đến không gian bố trí hệ thống treo

Khối lượng không được treo chuyển động tương đối giữa đường và khối lượng

được treo, vì thế cần phải xác định không gian chuyển động cho hệ thống treo,

là cơ sở để đặt vấu hạn chế ( hoặc ụ cao su) hành trình treo Với một xe cụ thể, việc xác định khi nào có sự va đập xảy ra việc làm rất thiết thực

Chỉ tiêu xét tới sự ảnh hưởng đến không gian bố trí hệ thống treo chỉ ra khả năng lựa chọn độ võng động, độ võng tĩnh cũng như xác định vị trí đặt vấu hạn chế biến dạng: f d t ≤ =y max(ξư ≤z) f d n (2.13) Trong đó: (ξ ưz) là độ dịch chuyển tương đối giữa khối lượng không được treo và được treo

fdn : độ võng động trên của hệ treo

fdt : độ võng động dưới của hệ treo

Lực động giữa bánh xe và mặt đường mà đặc trưng của nó là hệ số tải trọng

động lực học DLC ảnh hưởng đến độ bền chi tiết ô tô và khả năng chịu tải của

đường

2.3 Phân tích chọn hàm kích động

Trong quá trình chuyển động, nguồn chính gây ra dao động cho ô tô chính là

độ mấp mô của mặt đường Đường thực là một đại lượng vật lý ngẫu nhiên: đa tần, đa biên độ

Khi nghiên cứu dao động ô tô bằng mô hình nhất thiết phải mô tả được mặt

đường, hay còn gọi là hàm kích động Trong quá trình xây dựng mô hình dao

động của ô tô không thể thiếu mô hình mặt đường

Trong thực tế thì đường có thể lồi, lõm, đơn lẻ và có thể là tổng hợp của nhiều dạng tuần hoàn biến thiên với biên độ và tần số khác nhau Khi nghiên cứu dao động ô tô bằng mô hình thường mô hình hóa đường theo các dạng sau: + Hàm xác định:

- Xung (hình thang, tam giác, sin đơn)

- Hàm tuần hoàn: h = h0sinwt

+ Hàm ngẫu nhiên: h = f(t) ≈ (mf, Rf(τ))

Trong đó: mf là giá trị trung bình

Rf: hàm tương quan

τ: thời gian tương quan

Theo quan niệm bây giờ, ngoài mấp mô của đường là yếu tố gây dao động, còn có các yếu tố gây dao động khác mà ta có thể kể ra như sau:

1 Gió, nhất là gió ngang;

đường ở một vài loại đường, ở một vài khu vực cụ thể, nhất thiết phải đo đạc

về đường và nhất thiết phải sử dụng hàm kích động là dạng hàm ngẫu nhiên Trong nhiều nghiên cứu của các tác giả nước ngoài đã nhận định rằng, quy luật phân bố ngẫu nhiên của đường có tính dừng và ergodit Vì vậy nếu biết phổ công suất A(f) thì có thể đưa về hàm kích động thời gian để tính cho mô hình phi tuyến

Mô hình dao động sẽ xây dựng ở chương 3 là mô hình dao động phi tuyến mạnh, do vậy chỉ có thể đưa hàm kích động ngẫu nhiên theo thời gian chứ không đưa vào tín hiệu dạng phổ Nếu biết phổ công suất A(fi) trong miền tần

số f = (fmin…fmax) thì có thể xác định hàm mặt đường một dãy như sau:

f

υλ